CN108928983B - 一种污水低温蒸馏处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水低温蒸馏处理系统，包括污水沉淀池、污泥压滤机、多级污水过滤单元、燃机发电机组、烟气/空气混合器、污水蒸馏单元、冷凝换热单元和污泥烘干单元，适用于无法进行沼气制备且不含对加温敏感的有害化学物质的水体，污水处理后，可分流出纯净水供生产、生活二次利用，干污泥和干渣可作为砖、水泥、建筑材料等的原料使用，该系统既适合市政集中处理污水，也适合业主进行单点分布式污水处理，可实现污水零排放，同时产生最大的经济效益，可做到自产自销，创造出巨大的社会价值和经济价值。

Description

一种污水低温蒸馏处理系统

技术领域

本发明属于污水处理领域，具体地涉及一种污水低温蒸馏处理系统，具有节能、环保、效益好、结构简单、维护方便、能源闭环、零排放等优点。

背景技术

日常人类活动产生的污水包括生活污水、工业污水、医用污水等。现有的污水集中处理手段主要采用物理加化学药剂处理，降低某几项关键的污染物指标后，进行二次回用或排入河流，导致水资源没有充分得到利用，同时污染的河流资源也造成了不可逆的生态损失。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷和不足，本发明旨在提供一种污水低温蒸馏处理系统，适用于无法进行沼气制备且不含对加温敏感的有害化学物质的水体，污水处理后，可分流出纯净水供生产、生活二次利用，干污泥和干渣可作为砖、水泥、建筑材料等的原料使用，该系统既适合市政集中处理污水，也适合业主进行单点分布式污水处理，可实现污水零排放，同时产生最大的经济效益，可做到自产自销，创造出巨大的社会价值和经济价值。

本发明未解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种污水低温蒸馏处理系统，包括污水沉淀池、污泥压滤机、多级污水过滤单元、燃机发电机组、烟气/空气混合器、污水蒸馏单元、冷凝换热单元和污泥烘干单元，其特征在于，

所述污水沉淀池，包括污水引入管路和清水排出管路，污水经所述污水引入管路进入所述污水沉淀池，污水在所述污水沉淀池中经静置处理后，污水中的大颗粒固体及部分悬浮物沉淀至池底形成污泥，所述污水沉淀池的上层清水经所述清水排出管路被输送至所述多级污水过滤单元中，所述污泥被推送入所述污泥压滤机中，

所述污泥压滤机，设置在所述污水沉淀池的下游，用以压滤去除污泥中的液态水，所述液态水经液态水排出管路被输送至所述多级污水过滤单元中，压滤后的污泥被推送至所述污泥烘干单元中，

所述多级污水过滤单元，设置在所述污水沉淀池的下游，包括污水进口、净化污水出口和污泥排口，所述污水进口通过管路与所述污水沉淀池的清水排出管路、所述污泥压滤机的液态水排出管路连通，过滤净化后产生的净化污水经所述净化污水出口被输送至所述冷凝换热单元中，过滤净化后产生的污泥经所述污泥排口被推送至所述污泥烘干单元中，

所述冷凝换热单元，设置在所述多级污水过滤单元的下游，包括通入净化污水的冷侧和通入纯水蒸气的热侧，所述冷侧入口通过管路与所述多级污水过滤单元的净化污水出口连通，所述冷侧的净化污水将所述热侧的纯水蒸气冷凝为纯水后从所述冷侧的出口排出并被输送至所述污水蒸馏单元中，

所述污水蒸馏单元，设置在所述冷凝换热单元的下游，包括蒸馏罐体以及设置在所述蒸馏罐体中的喷淋装置和热风换热装置，所述蒸馏罐体的顶部还设置有纯水蒸气排出管路，所述喷淋装置的进口通过管路与所述冷凝换热单元冷侧的出口连通，所述喷淋装置将进入其中的低温净化污水喷淋至所述烟气换热装置的表面而逐步转化为纯水蒸气，所述纯水蒸气通过设置在所述蒸馏罐体顶部的所述纯水蒸气排出管路通入所述冷凝换热单元的热侧并最终被冷凝为纯水，所述热风换热装置包括高温热风进口和低温热风出口，所述高温热风进口与所述烟气/空气混合器连通，进入所述烟气换热装置中的高温热风逐步对喷淋至所述热风换热装置表面的低温净化污水加热后转变为低温热风并通过所述低温烟气出口并被输送至所述污泥烘干单元中，

所述燃机发电机组，通过燃烧燃料产生电力和高温烟气，其高温烟气排出口一部分与所述烟气/空气混合器连通，另一部分与所述污泥烘干单元连通，

所述烟气/空气混合器，包括高温烟气进口、空气进口和高温热风出口，所述高温烟气进口通过管路与所述燃机发电机组的高温烟气排出口连通，所述空气进口与外界大气连通，所述高温烟气和空气在所述烟气/空气混合器中混合后生成预定温度的高温热风，所述高温热风出口通过管路与所述污水蒸馏单元的热风换热装置的高温热风进口连通，

所述污泥烘干单元，包括污泥入口和高温气体进口，所述污泥压滤机压滤后产生的污泥、所述多级污水过滤单元过滤净化后产生的污泥均通过所述污泥入口进入所述污泥烘干单元中，所述高温气体进口通过管路与所述污水蒸馏单元的热风换热装置的低温热风出口、所述燃机发电机组的高温烟气排出口连通。所述污泥烘干单元中经烟气烘干后干渣用于建筑材料加工。

优选地，所述多级污水过滤单元包括粗滤部件以及设置在所述粗滤部件下游的细滤部件，用以将污水中的悬浮固体颗粒逐级去除，并将不含颗粒物的净化污水送往冷凝换热单元。所述多级污水过滤单元包括物理过滤部件或化学药剂过滤部件，需要根据具体的污水源和类型确定需要使用的过滤手段。

优选地，所述污水蒸馏单元包括沿水流方向依次布置的低温罐、中温罐、高温罐，所述低温罐、中温罐、高温罐中均设置有喷淋装置和热风换热装置，顶部均设置有纯水蒸气排出管路，其中，所述低温罐中的喷淋装置的进口通过管路与所述冷凝换热单元冷侧的出口连通，所述低温罐底部的污水出口与所述中温罐底部的污水进口连通，所述中温罐底部的污水出口与所述高温罐底部的污水进口连通，所述中温罐、高温罐底部的污水进口分别与其中的喷淋装置的进口连通；所述高温罐中热风换热装置底部的高温热风进口与所述烟气/空气混合器的高温热风出口连通，所述高温罐中热风换热装置顶部的高温热风出口所述中温罐中热风换热装置顶部的高温热风进口连通，所述中温罐中热风换热装置底部的高温热风出口与所述低温罐中热风换热装置底部的高温热风进口，所述低温罐中热风换热装置顶部的高温热风出口通过管路与所述污泥烘干单元的高温气体进口连通。净化污水在所述污水蒸馏单元中，从低温罐到高温罐，污水温度逐级提高。低温罐用于预热，中温罐用于加温，高温罐用于蒸馏水蒸汽。在升温过程中，低温罐和中温罐也有部分蒸汽产生，三个罐体的蒸汽经纯水蒸气排出管路抽至冷凝换热单元。每个加温罐中热风换热装置内部通流烟气作为换热介质，喷淋装置将净化污水喷淋至各热风换热装置上，产生纯水蒸汽。

进一步地，所述热风换热装置为盘管式、翅片式、塔式或冲击式换热装置。

优选地，所述热风换热装置为塔式换热装置，整体呈环筒回流式塔状结构，包括外腔和内腔，所述外腔的顶部为锥型帽，高温热风从外腔进入并向上流动，之后从内腔的顶部进入内腔并向下流动，所述喷淋装置沿周向和轴向将净化污水喷淋至所述外腔的外表面，使塔体周身均布水膜，以快速蒸发净化污水。塔顶采用锥型体是为了增加换热面积，延长水膜的塔表明的流动时间，使水得以充分蒸发。总体的喷水流量与塔体的供热量实现动态平衡。该结构的优点是结构简单，重量轻，维护极其方便，适用于高温蒸馏，塔体污垢去除简单。

优选地，所述喷淋装置和热风换热装置为设置在所述蒸馏罐体中的两个对置的喷盘，每个喷盘上设置有多个喷孔，一个喷盘用于喷射高温热风，一个喷盘用于喷射净化污水。

进一步地，每个盆盘为扇形，最大旋转角可为180度。

进一步地，将用于喷水的喷头压力调至雾滴状，与烟气直接在空间进行冲击换热。该结构换热效率高，取消了换热器，不需进行除垢维护等操作，结构简单。换热后的蒸汽和烟气可同时抽入冷凝系统，由于烟气不溶于水，对水质没有影响。

进一步地，两个喷盘左右对置。

进一步地，两个喷盘上下对置，用于喷水的喷盘设置在另一喷盘的上方。

进一步地，在所述蒸馏罐体中沿高度方向设置多组对置喷盘。调整间距保证换热效果即可。

本发明的污水低温蒸馏处理系统中，冷凝换热单元采用净化污水作为冷却液，使纯水蒸汽转变为液态水，并吸收其热量使其自身预热。

优选地，所述燃机发电机组采用天然气作为燃料，所产生的电力供整个处理系统使用，所产生的高温烟气进入所述烟气/空气混合器与常温空气混合降温，并送入所述污水蒸馏单元进行蒸发污水。

优选地，所述烟气/空气混合器混合产生的高温热风的温度，根据所述污水蒸馏单元中蒸馏罐的级数而定，一般控制在100～300℃均可，所述污水蒸馏单元最终的排气温度在70℃或更低。能源综合利用率可达93％。

优选地，所述污泥烘干单元使用部分初始温度的高温烟气和所述污水蒸馏单元排出的低温热风将其中的污泥进行烘干后，作为建材加工原料出售。

同现有技术相比，本发明的污水低温蒸馏处理系统，整体系统能源闭环，近乎零排放，能源综合利用率高，节能环保，综合收益好。消耗天然气，产出电、纯净水、建材原料。核心环节的蒸发系统结构简单，维护方便，换热单元可方便的进行拆装去污垢操作。

附图说明

图1为本发明的污水低温蒸馏处理系统示意图；

图2为塔式换热装置的结构示意图；

图3为左右对置两个喷盘的结构示意图；

图4为上下对置两个喷盘的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，本发明的污水低温蒸馏处理系统，包括污水沉淀池1、污泥压滤机2、多级污水过滤单元3、燃机发电机组7、烟气/空气混合器6、污水蒸馏单元5、冷凝换热单元4和污泥烘干单元8。其中，污水沉淀池1，包括污水引入管路和清水排出管路，污水经污水引入管路进入污水沉淀池1，污水在污水沉淀池1中经静置处理后，污水中的大颗粒固体及部分悬浮物沉淀至池底形成污泥，污水沉淀池1的上层清水经清水排出管路被输送至多级污水过滤单元3中，污泥被推送入污泥压滤机2中。污泥压滤机2，设置在污水沉淀池1的下游，用以压滤去除污泥中的液态水，液态水经液态水排出管路被输送至多级污水过滤单元3中，压滤后的污泥被推送至污泥烘干单元8中。多级污水过滤单元3，设置在污水沉淀池1的下游，包括污水进口、净化污水出口和污泥排口，污水进口通过管路与污水沉淀池1的清水排出管路、污泥压滤机2的液态水排出管路连通，过滤净化后产生的净化污水经净化污水出口被输送至冷凝换热单元4中，过滤净化后产生的污泥经污泥排口被推送至污泥烘干单元8中。冷凝换热单元4，设置在多级污水过滤单元3的下游，包括通入净化污水的冷侧和通入纯水蒸气的热侧，冷侧入口通过管路与多级污水过滤单元3的净化污水出口连通，冷侧的净化污水将热侧的纯水蒸气冷凝为纯水后从冷侧的出口排出并被输送至污水蒸馏单元5中。污水蒸馏单元5，设置在冷凝换热单元4的下游，包括蒸馏罐体以及设置在蒸馏罐体中的喷淋装置54和热风换热装置55，蒸馏罐体的顶部还设置有纯水蒸气排出管路，喷淋装置54的进口通过管路与冷凝换热单元4冷侧的出口连通，喷淋装置54将进入其中的低温净化污水喷淋至烟气换热装置的表面而逐步转化为纯水蒸气，纯水蒸气通过设置在蒸馏罐体顶部的纯水蒸气排出管路通入冷凝换热单元4的热侧并最终被冷凝为纯水，热风换热装置55包括高温热风进口和低温热风出口，高温热风进口与烟气/空气混合器6连通，进入烟气换热装置中的高温热风逐步对喷淋至热风换热装置55表面的低温净化污水加热后转变为低温热风并通过低温烟气出口并被输送至污泥烘干单元8中。燃机发电机组7，通过燃烧燃料产生电力和高温烟气，其高温烟气排出口一部分与烟气/空气混合器6连通，另一部分与污泥烘干单元8连通。烟气/空气混合器6，包括高温烟气进口、空气进口和高温热风出口，高温烟气进口通过管路与燃机发电机组7的高温烟气排出口连通，空气进口与外界大气连通，高温烟气和空气在烟气/空气混合器6中混合后生成预定温度的高温热风，高温热风出口通过管路与污水蒸馏单元5的热风换热装置55的高温热风进口连通。污泥烘干单元8，包括污泥入口和高温气体进口，污泥压滤机2压滤后产生的污泥、多级污水过滤单元3过滤净化后产生的污泥均通过污泥入口进入污泥烘干单元8中，高温气体进口通过管路与污水蒸馏单元5的热风换热装置55的低温热风出口、燃机发电机组7的高温烟气排出口连通。污泥烘干单元8中经烟气烘干后干渣用于建筑材料加工。

本发明的污水低温蒸馏处理系统中，多级污水过滤单元3包括粗滤部件以及设置在粗滤部件下游的细滤部件，用以将污水中的悬浮固体颗粒逐级去除，并将不含颗粒物的净化污水送往冷凝换热单元4。多级污水过滤单元3包括物理过滤部件或化学药剂过滤部件，需要根据具体的污水源和类型确定需要使用的过滤手段。

如图1所示，污水蒸馏单元5包括沿水流方向依次布置的低温罐51、中温罐52、高温罐53，低温罐51、中温罐52、高温罐53中均设置有喷淋装置54和热风换热装置55，顶部均设置有纯水蒸气排出管路，其中，低温罐51中的喷淋装置54的进口通过管路与冷凝换热单元4冷侧的出口连通，低温罐51底部的污水出口与中温罐52底部的污水进口连通，中温罐52底部的污水出口与高温罐53底部的污水进口连通，中温罐52、高温罐53底部的污水进口分别与其中的喷淋装置54的进口连通；高温罐53中热风换热装置55底部的高温热风进口与烟气/空气混合器6的高温热风出口连通，高温罐53中热风换热装置55顶部的高温热风出口中温罐52中热风换热装置55顶部的高温热风进口连通，中温罐52中热风换热装置55底部的高温热风出口与低温罐51中热风换热装置55底部的高温热风进口，低温罐51中热风换热装置55顶部的高温热风出口通过管路与污泥烘干单元8的高温气体进口连通。净化污水在污水蒸馏单元5中，从低温罐51到高温罐53，污水温度逐级提高。低温罐51用于预热，中温罐52用于加温，高温罐53用于蒸馏水蒸汽。在升温过程中，低温罐51和中温罐52也有部分蒸汽产生，三个罐体的蒸汽经纯水蒸气排出管路抽至冷凝换热单元4。每个加温罐中热风换热装置55内部通流烟气作为换热介质，喷淋装置54将净化污水喷淋至各热风换热装置55上，产生纯水蒸汽。

热风换热装置55为盘管式、翅片式、塔式或冲击式换热装置。

如图2所示，热风换热装置55为塔式换热装置，整体呈环筒回流式塔状结构，包括外腔和内腔，外腔的顶部为锥型帽，高温热风从外腔进入并向上流动，之后从内腔的顶部进入内腔并向下流动，喷淋装置54沿周向和轴向将净化污水喷淋至外腔的外表面，使塔体周身均布水膜，以快速蒸发净化污水。塔顶采用锥型体是为了增加换热面积，延长水膜的塔表明的流动时间，使水得以充分蒸发。总体的喷水流量与塔体的供热量实现动态平衡。该结构的优点是结构简单，重量轻，维护极其方便，适用于高温蒸馏，塔体污垢去除简单。

如图3、4所示，喷淋装置54和热风换热装置55可以设置在蒸馏罐体中的两个对置的喷盘，每个喷盘上设置有多个喷孔，一个喷盘用于喷射高温热风，一个喷盘用于喷射净化污水。每个盆盘为扇形，最大旋转角可为180度。将用于喷水的喷头压力调至雾滴状，与烟气直接在空间进行冲击换热。该结构换热效率高，取消了换热器，不需进行除垢维护等操作，结构简单。换热后的蒸汽和烟气可同时抽入冷凝系统，由于烟气不溶于水，对水质没有影响。如高度允许，可在蒸馏罐体中沿高度方向设置多组对置喷盘。调整间距保证换热效果即可。

本发明的污水低温蒸馏处理系统中，冷凝换热单元4采用净化污水作为冷却液，使纯水蒸汽转变为液态水，并吸收其热量使其自身预热。燃机发电机组7采用天然气作为燃料，所产生的电力供整个处理系统使用，所产生的高温烟气进入烟气/空气混合器6与常温空气混合降温，并送入污水蒸馏单元5进行蒸发污水。烟气/空气混合器6混合产生的高温热风的温度，根据污水蒸馏单元5中蒸馏罐的级数而定，一般控制在100～300℃均可，污水蒸馏单元5最终的排气温度在70℃或更低。能源综合利用率可达93％。污泥烘干单元8使用部分初始温度的高温烟气和污水蒸馏单元5排出的低温热风将其中的污泥进行烘干后，作为建材加工原料出售。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。

Claims (5)

1.一种污水低温蒸馏处理系统，包括污水沉淀池、污泥压滤机、多级污水过滤单元、燃机发电机组、烟气/空气混合器、污水蒸馏单元、冷凝换热单元和污泥烘干单元，其特征在于，

所述污水沉淀池，包括污水引入管路和清水排出管路，污水经所述污水引入管路进入所述污水沉淀池，污水在所述污水沉淀池中经静置处理后，污水中的大颗粒固体及部分悬浮物沉淀至池底形成污泥，所述污水沉淀池的上层清水经所述清水排出管路被输送至所述多级污水过滤单元中，所述污泥被推送入所述污泥压滤机中；

所述污泥压滤机，设置在所述污水沉淀池的下游，用以压滤去除污泥中的液态水，包括污泥进口、污泥出口和液态水排出管路，其污泥进口与污水沉淀池的污泥排出口连通，压滤后的液态水经液态水排出管路被输送至多级污水过滤单元中，压滤后的污泥经污泥出口被推送至污泥烘干单元中；

所述多级污水过滤单元，设置在所述污水沉淀池的下游，包括污水进口、净化污水出口和污泥排口，所述污水进口通过管路与所述污水沉淀池的清水排出管路、所述污泥压滤机的液态水排出管路连通，过滤净化后产生的净化污水经所述净化污水出口被输送至所述冷凝换热单元中，过滤净化后产生的污泥经所述污泥排口被推送至所述污泥烘干单元中；

所述冷凝换热单元，设置在所述多级污水过滤单元的下游，包括通入净化污水的冷侧和通入纯水蒸气的热侧，所述冷侧入口通过管路与所述多级污水过滤单元的净化污水出口连通，所述冷侧的净化污水将所述热侧的纯水蒸气冷凝为纯水后从所述冷侧的出口排出并被输送至所述污水蒸馏单元中；

所述污水蒸馏单元，设置在所述冷凝换热单元的下游，包括蒸馏罐体以及设置在所述蒸馏罐体中的喷淋装置和热风换热装置，所述蒸馏罐体的顶部还设置有纯水蒸气排出管路，所述喷淋装置的进口通过管路与所述冷凝换热单元冷侧的出口连通，所述喷淋装置将进入其中的低温净化污水喷淋至所述热风换热装置的表面而逐步转化为纯水蒸气，所述纯水蒸气通过设置在所述蒸馏罐体顶部的所述纯水蒸气排出管路通入所述冷凝换热单元的热侧并最终被冷凝为纯水，所述热风换热装置包括高温热风进口和低温热风出口，所述高温热风进口与所述烟气/空气混合器连通，进入所述热风换热装置中的高温热风逐步对喷淋至所述热风换热装置表面的低温净化污水加热后转变为低温热风并通过所述低温热风出口并被输送至所述污泥烘干单元中；

所述燃机发电机组，通过燃烧燃料产生电力和高温烟气，其高温烟气排出口一部分与烟气/空气混合器连通，另一部分与污泥烘干单元连通；

所述烟气/空气混合器，包括高温烟气进口、空气进口和高温热风出口，所述高温烟气进口通过管路与所述燃机发电机组的高温烟气排出口连通，所述空气进口与外界大气连通，所述高温烟气和空气在所述烟气/空气混合器中混合后生成预定温度的高温热风，所述高温热风出口通过管路与所述污水蒸馏单元的热风换热装置的高温热风进口连通；

所述污泥烘干单元，包括污泥入口和高温气体进口，所述污泥压滤机压滤后产生的污泥、所述多级污水过滤单元过滤净化后产生的污泥均通过所述污泥入口进入所述污泥烘干单元中，所述高温气体进口通过管路与所述污水蒸馏单元的热风换热装置的低温热风出口、所述燃机发电机组的高温烟气排出口连通，所述污泥烘干单元中经烟气烘干后的干渣用于建筑材料加工；

并且其中，所述污水蒸馏单元包括沿水流方向依次布置的低温罐、中温罐、高温罐，所述低温罐、中温罐、高温罐中均设置有喷淋装置和热风换热装置，顶部均设置有纯水蒸气排出管路，其中：

所述低温罐中的喷淋装置的进口通过管路与所述冷凝换热单元冷侧的出口连通，所述低温罐底部的污水出口与所述中温罐底部的污水进口连通，所述中温罐底部的污水出口与所述高温罐底部的污水进口连通，所述中温罐、高温罐底部的污水进口分别与其中的喷淋装置的进口连通；

所述高温罐中热风换热装置底部的高温热风进口与所述烟气/空气混合器的高温热风出口连通，所述高温罐中热风换热装置顶部的高温热风出口所述中温罐中热风换热装置顶部的高温热风进口连通，所述中温罐中热风换热装置底部的高温热风出口与所述低温罐中热风换热装置底部的高温热风进口，所述低温罐中热风换热装置顶部的高温热风出口通过管路与所述污泥烘干单元的高温气体进口连通；

所述热风换热装置为塔式换热装置，整体呈环筒回流式塔状结构，包括外腔和内腔，所述外腔的顶部为锥型帽，高温热风从外腔进入并向上流动，之后从内腔的顶部进入内腔并向下流动，所述喷淋装置沿周向和轴向将净化污水喷淋至所述外腔的外表面，使塔体周身均布水膜，以快速蒸发净化污水。

2.根据权利要求1所述的污水低温蒸馏处理系统，其特征在于，所述多级污水过滤单元包括粗滤部件以及设置在所述粗滤部件下游的细滤部件。

3.根据权利要求1所述的污水低温蒸馏处理系统，其特征在于，所述热风换热装置的塔式换热装置替换为冲击式换热装置，所述喷淋装置和热风换热装置为设置在所述蒸馏罐体中的两个对置的喷盘，每个喷盘上设置有多个喷孔，一个喷盘用于喷射高温热风，一个喷盘用于喷射净化污水；每个喷盘为扇形，最大旋转角为180度；将用于喷水的喷盘压力调至雾滴状，与烟气直接在空间进行冲击换热；两个喷盘左右对置或上下对置，在所述蒸馏罐体中沿高度方向设置多组对置喷盘。

4.根据权利要求1所述的污水低温蒸馏处理系统，其特征在于，所述燃机发电机组采用天然气作为燃料，所产生的电力供整个处理系统使用，所产生的高温烟气进入所述烟气/空气混合器与常温空气混合降温，并送入所述污水蒸馏单元进行蒸发污水。

5.根据权利要求1所述的污水低温蒸馏处理系统，其特征在于，所述烟气/空气混合器混合产生的高温热风的温度，根据所述污水蒸馏单元中蒸馏罐的级数而定，控制在100～300℃，所述污水蒸馏单元最终的排气温度在70℃或更低。